1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 加熱爐溫度控制器設(shè)計(jì) 院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電氣092 學(xué) 號(hào)： 090303040 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：2012.06課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室： 電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)電氣092課程設(shè)計(jì)（論文）題目加熱爐溫度控制器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)高溫加熱爐利用煤氣加熱，通過傳感器測(cè)量溫度，四相5V、1A步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)閥門來調(diào)節(jié)進(jìn)氣量。溫度控制范圍01800。設(shè)計(jì)任務(wù)：1. CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括CPU選擇，晶振電路，復(fù)位電路）2. 溫度傳感器及接

2、口電路設(shè)計(jì)3. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)4. 程序流程圖設(shè)計(jì)及程序清單編寫技術(shù)參數(shù)：1溫度控制范圍：0-18002工作電源220V設(shè)計(jì)要求：1、分析系統(tǒng)功能，盡可能降低成本，選擇合適的單片機(jī)、AD轉(zhuǎn)換器、輸出電路等；2、應(yīng)用專業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規(guī)定格式，撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份，其中程序開發(fā)要有詳細(xì)的軟件設(shè)計(jì)說明，詳細(xì)闡述系統(tǒng)的工作過程，字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上。進(jìn)度計(jì)劃第1天 查閱收集資料第2天 總體設(shè)計(jì)方案的確定第3-4天 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)第5天 溫度傳感器及接口電路設(shè)計(jì)第6天步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)第7天 程序流程圖設(shè)計(jì)第8天 軟件編寫與調(diào)試第9天 設(shè)計(jì)說明書完成第10

3、天 答辯指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要本文主要從硬件和軟件兩方面介紹了如何運(yùn)用89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)加熱爐的溫度控制系統(tǒng)，說明了怎么實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱爐溫度的控制，并對(duì)硬件原理圖和程序流程圖作了簡(jiǎn)潔的描述。還介紹了在加熱爐溫度控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)中的一些主要技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該系統(tǒng)主要以89C51單片機(jī)為核心，由LED顯示電路，鍵盤輸入電路，模擬檢測(cè)電路，模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路等構(gòu)成。用89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)的溫度檢測(cè)電路是本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，是整個(gè)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺

4、少的一部分，該系統(tǒng)利用溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行了實(shí)時(shí)采集與檢測(cè)，從而對(duì)加熱爐的溫度進(jìn)行更精確的控制。本設(shè)計(jì)介紹的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)主要內(nèi)容包有系統(tǒng)方案、元器件選擇、系統(tǒng)理論分析、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試等幾方面。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫度傳感器；溫度檢測(cè)； 目錄第1章 緒論11.1 加熱爐溫度控制器概況11.2 本文研究?jī)?nèi)容1第2章 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.1 加熱爐溫度控制器總體設(shè)計(jì)方案3 加熱爐溫度控制框圖設(shè)計(jì)3 工作過程分析32.2 CPU的選擇42.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)52.4 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)62.5 CPU最小系統(tǒng)圖6第3章 輸入輸出接口電路設(shè)計(jì)83.1 溫度傳感器的選擇83.2 溫度檢測(cè)接口電

5、路設(shè)計(jì)83.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器8 模擬量檢測(cè)接口電路圖93.3 四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與單片機(jī)接口電路103.4 人機(jī)對(duì)話接口電路設(shè)計(jì)11 按鍵設(shè)計(jì)11 顯示電路設(shè)計(jì)11第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)134.1 軟件實(shí)現(xiàn)功能及主程序設(shè)計(jì)134.2 模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì)144.3 步進(jìn)電機(jī)流程圖設(shè)計(jì)154.4 中斷系統(tǒng)的流程圖設(shè)計(jì)15第5章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析175.1 系統(tǒng)原理圖175.2 系統(tǒng)原理綜述17第6章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)19參考文獻(xiàn)20第1章 緒論1.1 加熱爐溫度控制器概況隨著社會(huì)的發(fā)展，溫度的測(cè)量及控制變得越來越重要。溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中為了高效地進(jìn)行生產(chǎn)，

6、必須對(duì)生產(chǎn)工藝過程中的主要參數(shù)，如溫度，壓力，流量，速度等進(jìn)行有效的控制。其中溫度的控制在生產(chǎn)過程中占有相當(dāng)大的比例。準(zhǔn)確測(cè)量和有效控制溫度是優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)，低耗和安全生產(chǎn)的重要條件。在工業(yè)的研制和生產(chǎn)中，為了保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定運(yùn)行并提高控制精度，采用微電子技術(shù)是重要的途徑。它的作用主要是改善勞動(dòng)條件，節(jié)約能源，防止生產(chǎn)和設(shè)備事故，以獲得好的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益。加熱爐是將物料或工件加熱的設(shè)備。按熱源劃分有燃料加熱爐、電阻加熱爐、感應(yīng)加熱爐、微波加熱爐等。應(yīng)用遍及石油、化工、冶金、機(jī)械、熱處理、表面處理、建材、電子、材料、輕工、日化、制藥等諸多行業(yè)領(lǐng)域。加熱爐按爐溫分布，爐膛沿長(zhǎng)度方向可分為預(yù)熱段、

7、加熱段和均熱段。作為控制系統(tǒng)中的一個(gè)典型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)綜合運(yùn)用了微機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、傳感器原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、鍵盤顯示技術(shù)等諸多方面的知識(shí)，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次綜合運(yùn)用。本課題采用98c51單片機(jī)來對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)。1.2 本文研究?jī)?nèi)容溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用。對(duì)于不同場(chǎng)所、不同工藝、所需溫度高低、范圍不同、精度不同，采用的測(cè)溫元件、測(cè)溫方法以及對(duì)溫度的控制方式也有所不同；產(chǎn)品工藝不同、控制溫度的精度不同、時(shí)效

8、不同，則對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制算法也不同，因而，對(duì)溫度的測(cè)控方法多種多樣。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。利用微機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。現(xiàn)在我們完全可以運(yùn)用單片機(jī)和電子溫度傳感器對(duì)某處進(jìn)行溫度檢測(cè)，而且我們可以很容易地做到多點(diǎn)的溫度檢測(cè)，如果對(duì)此原理圖稍加改進(jìn)，我們還可以進(jìn)行不同地點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)和控制。本次設(shè)計(jì)：加熱爐溫度控制器的設(shè)計(jì)，正是運(yùn)用單片機(jī)和溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行控制。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容為：以89C51單片機(jī)為核心， 高溫加熱爐利用煤氣加熱，通過傳感器測(cè)量溫度，四相5V、

9、1A步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)閥門來調(diào)節(jié)進(jìn)氣量。具體設(shè)計(jì)任務(wù)：1. CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括CPU選擇，晶振電路，復(fù)位電路）2. 溫度傳感器及接口電路設(shè)計(jì)3. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)4. 程序流程圖設(shè)計(jì)及程序清單編寫5溫度控制范圍：0-18006工作電源220V第2章 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 加熱爐溫度控制器總體設(shè)計(jì)方案2.1.1 加熱爐溫度控制框圖設(shè)計(jì)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是以89C5l單片機(jī)為控制核心，輔以采樣電路，驅(qū)動(dòng)電路，步進(jìn)電機(jī)電路對(duì)電爐爐溫進(jìn)行控制的微機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的原理框圖如圖2.1所示。其基本控制原理為: 用鍵盤將溫度的設(shè)定值送入單片機(jī)，通過信號(hào)采集電路將溫度信號(hào)采集到后，送到A/D 轉(zhuǎn)換電路

10、將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制運(yùn)算，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)而控制加熱爐的溫度。閥門步進(jìn)電機(jī)加 熱 器顯示鍵盤單 片 機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器溫度傳感器運(yùn)算放大器 圖2.1加熱爐溫度控制框圖2.1.2 工作過程分析由溫度控制器工作流程圖分析具體的工作過程。首先，通過熱電耦采集加熱爐中的溫度，通過相應(yīng)的電路使溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。由于單片機(jī)制能識(shí)別數(shù)字量，因此還需要經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，使模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進(jìn)入單片機(jī)89C51后，由程序算法，判斷溫度是不是超過設(shè)定值，并且有相應(yīng)的鍵盤顯示電路，用以顯示加熱爐的溫度。根據(jù)判斷溫度是否超過設(shè)定值，由單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的指令，經(jīng)步進(jìn)電機(jī)控

11、制電磁閥，從而通過閥門的控制就可以控制煤氣的進(jìn)氣量多少。也就可以達(dá)到對(duì)加熱爐溫度的調(diào)節(jié)和控制。2.2 CPU的選擇單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路以及定時(shí)器計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前端裝置。因此，在本課題設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)中，采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，選用89C51單片機(jī)。芯片引腳如圖2.2所示：VSS : 接地端。VCC: 電源端。正常操作及對(duì)FLASH ROM編程和驗(yàn)證時(shí)接+5V電源。圖2.2

12、 89C51芯片引腳P0口：是雙向8位三態(tài) I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，可分時(shí)用作低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線；在FLASH ROM編程時(shí)，它輸入指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令。P0口能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL門電路。P1口： 是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。在對(duì)FLASH ROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接受低8位地址。能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)LSTTL 門電路。P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高8位地址。在對(duì)FLASH ROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收高8位地址和其他控制信號(hào)。能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)LSTTL 門電路。P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的

13、8 位雙向I/O 口，能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)LSTTL 門電路。RST: 復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，就可以使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：地址鎖存允許信號(hào)。PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。EA/VPP:訪問內(nèi)、外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。接高電平時(shí)，CPU訪問并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令，但當(dāng)程序計(jì)數(shù)器值超過0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的程序。接低電平時(shí)，CPU只訪問并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。2.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位電路和時(shí)鐘電路是維持單片機(jī)最小系

14、統(tǒng)運(yùn)行的基本模塊。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)系統(tǒng)在上電啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。因此，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身不能自動(dòng)復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部復(fù)位電路才能實(shí)現(xiàn)的。如圖2.3所示。當(dāng)89C51通電，時(shí)鐘電路開始工作，在單片機(jī)的RST引腳加上大于24個(gè)時(shí)鐘周期以上的正脈沖，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其他專用寄存器被清0。RST由高電平降為低電平后，系統(tǒng)從0000H地址開始執(zhí)行程序。圖2.3復(fù)位電路2.4 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

15、單片機(jī)的各個(gè)功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍的工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響到單片機(jī)的速度。常用的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。如圖2.4所示。圖2.4 時(shí)鐘電路2.5 CPU最小系統(tǒng)圖89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快。如圖2.5所以。圖2.5最小CPU系統(tǒng)CPU最小系統(tǒng)圖由89C51單片機(jī)、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成。89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C1的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。第3章 輸入輸出接口電路設(shè)計(jì)3.1 溫度

16、傳感器的選擇傳統(tǒng)的模擬式溫度傳感器，如熱電阻、熱敏電阻，在一些溫度范圍內(nèi)線性不好，需要經(jīng)行冷端補(bǔ)償或引線補(bǔ)償；集成模擬溫度傳感器與之相比，具有靈敏度高、線性度好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且它還將驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路以及需要的邏輯控制電路集成在單片IC上，有尺寸小，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。常見的模擬溫度傳感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103電壓輸出型、AD590電流輸出型以及熱電偶溫度傳感器。經(jīng)比較選擇鉑銠30-鉑銠6熱電偶。熱電偶工作原理：如果兩種不同成分的均質(zhì)導(dǎo)體形成回路，直接測(cè)溫端叫測(cè)量端，接線端子端叫參比端，當(dāng)兩端存在溫差時(shí)，就會(huì)在回路中產(chǎn)生熱電流，那么兩端之間就會(huì)存在Seeb

17、eck熱電勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)或熱電效應(yīng)。熱電勢(shì)隨著測(cè)量端溫度升高而增加，熱電勢(shì)的大小只和熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)以及兩端溫差有關(guān)，和熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)的長(zhǎng)度、直徑無關(guān)。3.2 溫度檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì)3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器圖3.1 MAX197引腳圖由于溫度是一種模擬信號(hào)，則由信號(hào)采集電路采集的信號(hào)是一種模擬信號(hào)，而且頻率很低，但是單片機(jī)所識(shí)別的是具有高低電位的數(shù)字信號(hào)，這就要求在信號(hào)處理號(hào)處理中必須把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)從而輸出給單片機(jī)處理。在設(shè)計(jì)的技術(shù)要去當(dāng)中，要求溫度測(cè)量范圍是從0-1800可調(diào)。并且誤差為2。也就是分辨率為2/1800=1/900。對(duì)于這種分辨率要求較高的情況。通過所選用

18、的A/D精度一定要滿足要，否則誤差就會(huì)變大。也就會(huì)影響控制的精度。主要常用的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器有8位分辨率的ADC0809、12位分辨率的MAX197等。由于設(shè)計(jì)系統(tǒng)精度的要求為1/1000，因此選用MAX197。如圖3.1所示。3.2.2 模擬量檢測(cè)接口電路圖模擬量檢測(cè)接口電路由A/D轉(zhuǎn)換器、89C51單片機(jī)和溫度傳感器組成。溫度傳感器采用鉑銠30-鉑銠6熱電偶。由熱電偶采集來的溫度經(jīng)過MAX197，把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后送給89C51處理和進(jìn)一步控制。如圖3.2所示。圖3.2 模擬量檢測(cè)接口3.3 四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與單片機(jī)接口電路圖3.3給出了四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與89C51單片機(jī)的接口電

19、路。p1.0、p1.1、p1.2和p1.3分別經(jīng)光電耦合和驅(qū)動(dòng)電路再加到電動(dòng)機(jī)A、B、C、D繞組。 圖3.3四相步進(jìn)電機(jī)與89C51單片機(jī)的接口電路設(shè)其單拍相序?yàn)?A B C D ，電動(dòng)機(jī)工作方式記控制字如表3.1所示。表3.1四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作方式及控制字方式步序p1.3 （D）p1.2（C） p1.1（B）p1.0（A）通電繞組控制字單拍1步2步3步4步0 0 0 10 0 1 00 1 0 01 0 0 0ABCD01H02H03H04H3.4 人機(jī)對(duì)話接口電路設(shè)計(jì)3.4.1 按鍵設(shè)計(jì)非編碼鍵盤可以分為兩種結(jié)構(gòu)形式：獨(dú)立式按鍵和行列式按鍵。圖3.4 按鍵電路獨(dú)立式按鍵：是指直接用I/O口

20、線構(gòu)成單個(gè)按鍵電路，每一個(gè)按鍵占用一條I/O口線，每個(gè)按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生相互影響。圖 3.4所示為一種獨(dú)立式按鍵電路，當(dāng)圖中的某一個(gè)按鍵閉合時(shí)，相應(yīng)的I/O口線就變成低電平。當(dāng)程序查詢到為低電平的I/O口線時(shí)，就可以確定處于閉合狀態(tài)的鍵。獨(dú)立式按鍵的電路的結(jié)構(gòu)和處理程序簡(jiǎn)單，擴(kuò)展方便，但占用的I/O口線相對(duì)較多，不適合在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合下采用。行列式鍵盤：將I/O口線的一部分作為行線，另一部分作為列線，按鍵設(shè)置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，這就構(gòu)成了行列式鍵盤。本設(shè)計(jì)有三個(gè)按鍵，共需要三個(gè)I/O口線，占用的口線不多，因此可以采用獨(dú)立式按鍵。3.4.2 顯示電路設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用

21、最為廣泛的一種顯示方式之一。其接口電路是把所有顯示器的8個(gè)筆劃段a-h同名端連在一起，而每一個(gè)顯示器的公共極COM是各自獨(dú)立地受I/O線控制，這種顯示方式可以起到節(jié)省系統(tǒng)I/O口的作用，但是CPU的工作量會(huì)大大增大。CPU向字段輸出口送出字形碼時(shí)，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)顯示器亮，則取決于COM端，而這一端是由I/O控制的，所以我們就可以自行決定何時(shí)顯示哪一位了。而所謂動(dòng)態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的COM端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。圖3.5顯示電路考慮到本系統(tǒng)的I/O口有限所以采用了動(dòng)態(tài)掃描的方法，由于是采用了ULN2803和上拉電阻與數(shù)碼管相連。具體電

22、路圖3.5所示。此電路中，用于驅(qū)動(dòng)LED的8位段碼，8位LED相應(yīng)的"a""g"段連在一起，它們的公共端連至輸出端。這樣當(dāng)選通某一位LED時(shí)，相應(yīng)的地址線輸出的是低電平，所以這里選用共陰LED數(shù)碼管。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件實(shí)現(xiàn)功能及主程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能為:溫度傳感器測(cè)量的溫度信號(hào)經(jīng)信號(hào)的放大與A/D轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換好的數(shù)字量輸入單片機(jī)，經(jīng)過標(biāo)度變換、顯示碼處理后將顯示碼送到數(shù)碼管上顯示出來。同時(shí)，單片機(jī)對(duì)輸入的數(shù)字量進(jìn)行處理控制步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)過步進(jìn)電機(jī)對(duì)閥門進(jìn)行控制。從而控制輸入煤氣量。主流程圖如圖4.1所示。開始初始化關(guān)閉控制閥顯

23、示溫度檢測(cè)溫度與設(shè)定值比較 大于 小于步進(jìn)電機(jī)控制增大煤氣進(jìn)量結(jié)束圖4.1主程序流程圖系統(tǒng)的程序包括主程序、中斷服務(wù)程序和一些具有特定功能的子程序，是系統(tǒng)軟件的主要組成部分。該系統(tǒng)的主程序有初始化（包括89C51的初始化、定時(shí)器初始化、中斷程序）、A/D轉(zhuǎn)換，標(biāo)度變換，鍵盤掃描，鍵盤處理, 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制和功程序模塊組成，主流程圖如圖4.1所示。4.2 模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì)模擬量檢測(cè)電路是通過熱電偶檢測(cè)加熱爐的溫度，經(jīng)過MAX197轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息進(jìn)而送給單片機(jī)，單片機(jī)處理后由顯示電路顯示溫度，系統(tǒng)內(nèi)部按操作指令執(zhí)行命令進(jìn)而控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。如圖4.2所示。開始初始化熱電偶溫度傳感器檢測(cè)溫度與設(shè)定

24、值小？ROM操作命令否是存儲(chǔ)操作命令讀取溫度值返回圖4.2模擬量檢測(cè)流程圖4.3 步進(jìn)電機(jī)流程圖設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)直接收89C51的數(shù)字信號(hào)，由89C51的編程控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而控制閥門的進(jìn)煤氣量，最終達(dá)到控制加熱爐的溫度。流程如圖4.3所示。開始INT1中斷正反轉(zhuǎn)位置標(biāo)志置初值檢測(cè)正反轉(zhuǎn)指針正反轉(zhuǎn)指針置初值檢測(cè)位置標(biāo)志計(jì)數(shù)器T1初始化P1口送數(shù)開中斷置新位置標(biāo)志啟動(dòng)T1中斷返回等待中斷 圖4.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制流程圖4.4 中斷系統(tǒng)的流程圖設(shè)計(jì)89C51單片機(jī)片內(nèi)有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，即定時(shí)器T0和定時(shí)器T1。他們都有定時(shí)和事件計(jì)數(shù)的功能，可用于定時(shí)控制、延時(shí)、對(duì)外部事件計(jì)數(shù)和檢測(cè)等場(chǎng)

25、合。本系統(tǒng)采用的就是89C51片內(nèi)計(jì)數(shù)器對(duì)按鍵及其顯示進(jìn)行定時(shí)，其流程圖如4.4所示。中斷能夠極大地提高CPU的工作效率和處理問題的靈活性，具有實(shí)現(xiàn)分時(shí)操作、實(shí)時(shí)處理和故障處理等功能。中斷發(fā)生保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)，存數(shù)通道加1通道完？恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，中斷返回是否圖4.4中斷流程圖第5章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析5.1 系統(tǒng)原理圖根據(jù)系統(tǒng)各個(gè)部分的功能和性質(zhì)，繪制系統(tǒng)原理圖如圖5.1所示。圖5.1系統(tǒng)原理圖5.2 系統(tǒng)原理綜述為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能，經(jīng)過認(rèn)真的分析和整理，以及對(duì)整體功能進(jìn)行細(xì)化、分配，把系統(tǒng)的程序劃分為以下幾個(gè)主要模塊:1、初始化模塊：通過該模塊來對(duì)堆棧、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中斷和特殊功能寄存器進(jìn)行賦值，有關(guān)

26、寄存器的清零，以及計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的初值存放等。2、按鍵操作模塊：該模塊能夠在系統(tǒng)一上電后就開始對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，一旦在相應(yīng)時(shí)刻檢測(cè)到有鍵按下，就會(huì)相應(yīng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理程序，處理完畢后能夠返回主程序。3、A/D轉(zhuǎn)換模塊：把溫度傳感器測(cè)量的溫度信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。4、顯示模塊 ：該模塊應(yīng)能夠把溫度值進(jìn)行準(zhǔn)確顯示。5、控制模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。第6章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)介紹的單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)，可了解微機(jī)系統(tǒng)硬、軟件的構(gòu)成及各種控制參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性的影響。用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制實(shí)現(xiàn)溫度控制，可提高系統(tǒng)的精度，準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性都可以令人滿意。89C51單片機(jī)，體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠